当前位置：文档之家 › 福州内河河网精细水流水质数学模型研究

福州内河河网精细水流水质数学模型研究

  • 格式：pdf
  • 大小：347.32 KB
  • 文档页数：5
第３ ５卷第 ５期 ２１ ０ ０年 ５月 Biblioteka 环 境 科 学 与 管理
ＥＮＶＩ ＲＯＮＭ ＥＮＴＡＬ ＣＩ Ｓ ＥＮＣＥ ＡＮＤ Ａ ＮＡＧ ＥＭ匮ＮＴ Ｍ＿
Ｖｏ． ５ １ ３ Ｎ ５
Ｍａ ０１ ｙ２ ０
文章 编 号 ：６４－６３ （００ ０ ０６ １７ － １９ ２ １ ｝５— ０ ６—０ ４
Ａｂ ｔａ ｔ Ｂａｅ ｎ ｒｃ ｎ ｅｕｔ ｎ ｈ ｙ ｒｕｉｓａ ｄ ｗａｅ ｕ ｌｔ ｅ ｔｒｓｏ ａｅ ｏ ｙｗｉ ｉ ｄ ｌｒ ｅ ｅｗｏｋ，ａ ｓｒ ｃ ： ｓ ｄ ｏ ｅ ｅ ｔｒ ｓｌ ａ ｄｔ ｅｈ ｄａ ｌ ｔｒｑ ａｉ ｆａｕｅ ｆｗ ｔｒｂ ｄ ｔ ｎ ｔｔ ａ ｖ ｒｎ ｔ ｒ ｓ ｃ ｎ ｙ ｈ ｔ ｉ ｉ ０１ Ｉ ｅ—ｄｍｅ ｓｏ ａ ｙ ｒｄ ｎ ｍｉ ｎ ｅ ａｉ ｄ ｌ ｏ ｖ ｒｎ ｔ ｏｋ ｓｄ ｖ ｌｐ ｄａ ｄｖ ｒ ｅ ．Ｈｅ ｅｒｓ ｔ ｗ ｅ ｈ ｗ ｉ ｎｉｎ ｌｈ ｄｏ ｙ ａ ｃ ａ ｄｗｔｒｑ ｌ ｙｍｏ ｅ ｒｒ ｅ ｅ ｒｓｉ ｅ ｅｏ ｅ ｅｉ ｄ ｕ ｔ ｆ ｉ ｗ ｎ ｉ ｆ ｅ ｈ ｒ ｔ ｅ ｕｓ ｅｇ ｔ ｏ ｌ ｓ
一
定的理论 基础 ， 具有一 定的指导意义 。
文献标识码 ： Ａ
关键词 ： 感潮河 网； 一雏河 网水力水质模 型； 数值模拟 ； 水环境 中图分 类号 ：５ ２ Ｘ ２
Ｔ ｅＲ ｓａ ｈｏ ｉｅＷａ ｒ ｕｌｙＭａ ｅ ａｃ ｏｅ ｈ ｅｅｒ ｎＦｎ ｔ ａｔ ｔ ｍ ｔ ａ Ｍ ｄｌ ｃ ｅ Ｑ ｉ ｈ ｉ ｌ
ｆｒＴｉ ａ Ｅｆｅ ｔＲｉｅ ｔ ｒ ｎ Ｆ ｚ ｏ ｖ ｒＮｅ ｏｋ ｏ ｄ １ ． ｆ ｃ ｖ ｒＮｅｗｏｋ ｉ ｕ ｈ ｕ Ｒｉｅ ｔ ｒ ｓ ｗ
Ｃｈ ｎ Ｈｏ ｇ，Ｚｈ ｎｇ ａ ｅ ｎ ｕ Ｍｉ ｑｕ ｎ
（ｎｔｕｅｏ ｉｉＥ ｇｎｅｉ ，Ｆ ｚｏ ｎｖ ｒ ｔ， ｕｈ ｕ３０ ０ ，Ｃ ｉａ Ｉｓｉ ｔ ｆ ｖ ｎｉｅｒ ｇ ｕｈｕＵ ｉｅｓｙ Ｆ ｚｏ ５ １８ ｈｎ ） ｔ Ｃ ｌ ｎ ｉ
ｈ ｔｔ ｙ ｒ ｕ ｉ ｄ ｌｐ ｅ ｉｔ ｄ ｖ ｌ ｅ ｒ ａ ｃ ｌ ｔ ａ ｈ ｅ ｈ ｄ ａ ｌｃｍｏ ｅ ｒ ｄ ｃｅ ａｕ ｓａ ｃｂ ｉ ａｌ ａｌ ｉ ｔ ｃｕ ｌｖ ｌ ｅ ｎ ｄ ｃ ｎ ｒ ｆ ｃ ｔ ｅｔｎ ｅ ｃ ｆｅ ｂａ ｄｆ ｗ ｃ ｒｅ ｔ ｓ ｙｔｌｙｗ ｈ ａ ｔ ａ ａ ｕ ｓａ ａ ｅ ｅ ｔ ｌ ｈ ｅ ｄ ｎ ｙ ｏ ｂ ｎ ｌ ｏ ｒ ｃ － ｏ ｌ ，ａ ｄ ｔ ｅ ｍｏ ｅ ｔｅｆ Ｃ ｌ ｐ ｏ ｅ ｌ ｅ ｅ ｔ ｈ ｈ ｎ ｅ ｏ ｏｌ ｔｎ ｓ ｗ ｉ ｈ ｒ ｖ ｒ ｅ ａ ｅ ｍ ｅ ｒ ｅ ｅ ｏ ｋ ｕ ｏ ｅ ｂ ａ ｄ ｆｏ ｙ ｎ ｈ ｄ ｌｉ ｌ ａ ｒ ｐ ｒ ｒｆ ｃ ｅ ｃ ａ ｇ ｆ ｌ ａ ｔ ｈ ｃ ｅ ｅ ｂ ｒ ｔ ｔ ｖ ｒｎ ｔ ｒ ｓ ｄ ｅ ｔ ｂ ｗ． ｓ ｌ ｙ ｌ ｔ ｐ ｕ ｈ ｉ ｗ ｎ ｌ ， Ｉ ｅ ｅ ｒ ｈ ｐ ｏ ｉ ｅ ｅ ｒ ｔ ａ ｏ ｎ ａ ｏ ｒｓ ｌｊ ｔ ｅ ｗ ｔ ｒｅ ｖ ｒ ｎ ｎ ｒ ｂ ｅ ｎ Ｆ ｚ ｏ ｄ ｈ ｓｃ ｒａｎ ｄ ｒ ｃｉ ｅ ｓｇ Ｉ ｉ ｒ ｓ ａ ｃ ｒ ｖ ｄ ｓａ ｔ ｏ ｅｉ ｌ ｕ ｄ ｔ ｎ ｆ ０ｖ Ｊ ｈ ａ ｅ ｎ ｉｏ ｍｅ ｔ ｏ ｌｍｓ ｉ ｕ ｈ ｕ ａ ａ ｅ ｔ ｉ ｅ ｔ ｉ－ １ｓ ｈ ｃ ｆ ｉ ｏ ｐ ｎ ｉ ｖ ｎｆ ａ ｃ ． ｉ ｃ ｎ ｅ ｉ Ｋｅ ｒ ｓ：ｉ ａ —ｅ ｅ ｔｒ ｅ ｅｗｏ ｋ；ｏｌ ｙ ｗｏ ｄ ｔ ｌ ｆ ｃ ｉ ｒｎ ｔ ｒ ｄ ｖ ｉ ｅ—ｄ ｍｅ ｉ ｎ ｌ ｈ ｄ ａ ｌ ｎ ｔ ｒ ｑ ａｉ ｄ ｌ ｉ ｎ ｏ ａ ｙ ｒ ｕｉ ａ ｄ ｗａ ｅ ｕ ｌ ｙ ｍｏ ｅ ；ｍｎ ｒｃ ｌ ｓｍｕ ａ ｏ ｓ ｃ ｔ ｅ ｉ ａ ｉ ｌ ｔ ｎ；ｗａ ｅ ｉ ｔｒ
ｅ ｖｉ ｎ ｅ ｎ ｒ ｍ ｎｔ ｏ
１ 概 述
随着对 水环 境 治 理 的 日益 重 视 和 大力 投 入 ， 研
福州市地处闽江下游 ， 福建省的第一大河闽江 穿市 而 过 ， 区 内河 发 育 良好 ， 网密布 ， 州 中心 城 河 福
共有 ４ ２条 内河 ， 成 以 自马 河 为 主 的西 区 水 系 ， 形 以 究感潮河网地区水流运动和水环境变化规律越来越 晋 安河为 主 的东 区水 系 ， 以光 明港 为 主 的东 区河 口 重要。利用数值模拟分析水流及水质变化是水环境 水系¨ 。内河河网如图 １ 所示。 污染治理规划中的主要组成部分。内河水环境是城 福州内河河网水源除部分来 自 北部山地汇水外， 市 规划 与建 设 的一 个 重 要 组 成 部分 ， 城 市 形 象 的 主要来 自闽江潮水 ， 是 主要是通过 光 明港 的九孔 、 五孔 、 具体体现。受潮汐 影 响的城市河 网水 体具有 水深 三孔和台江的派洲、 方寿、 彬德及西北角的西河与闽 小 、 床 比降小 、 闸坝 控 制 、 速 缓慢 、 逆 不 定 、 江福州 段水域 相 连。城 区 内河 的主 泄水方 向 由西 北 河 受 流 顺 水体 自净能力不强等特性 ， 这些特性使得污染物质 指向东南 ， 内河水流属往复非恒定流 ， 水位、 水深随闽 在水体 中随水流 回荡 ， 局部地 区污染 加剧 ， 质恶 水 江水位变化而变化 ， 呈周期性涨落。正常情况下 ， 闽 化。 江水每 日两次 由防洪闸门流入城区内河。进入市城 １ １ 福州 内河地 理水 文特 征 ． 区河道 的潮水基 本 上 以八一 七路 为界 分 东部 和西 部 两种 流态 。东部 潮 水基本 上 由光 明港经 晋安 河进 入 收 稿 日期 ：０９—１ ２ ２０ ２— ７
福 州 内河 河 网精 细水 流 水 质 数 学模 型 研 究
陈虹 ， 朱明栓
（ 州大学 土木工程学院， 建 福州 ３００ ） 福 福 ５１ｓ
摘 要： 文章在前人研究的基础上， 根据感潮河网地区水体的水动力、 水质特性， 建立了河网一雏水动力和水质
模型 ， 并进行 了模 型验证 。结果表 明水动力模型计算值能 够较好 的吻合 实测值 ， 能正 确反映 涨落潮趋势 ， 水质 模型能正确反映污染物受涨 落潮影响在 河 网内回荡的变化情况。本研 究成果对解决福 州市水环 境 问题提供 了

合集下载

水环境数学模型

水环境数学模型


过水断面污染物输移率
FAuCAQC
• 断面A上污染物输移率为断面平均流速
和平均浓度及断面面积乘积，
分子扩散作用输移
– 扩散是由于物理量在空间上存在梯度使之在空间上趋于 均化的物质迁移现象，
– 分子扩散：水中污染物由于分子的无规则运动,从高浓 度区向低浓度区的运动过程，
– Fick 第一定律：分子扩散质量通量与扩散物质的浓度 梯度成正比，
– 估算模型计算结果的偏差 – 有利于根据需要探讨建立高灵敏度或低灵敏度的模型 – 可以用来确定合理的设计裕量
• 环境系统的两种灵敏度分析
– 状态与目标对参数的灵敏度,即研究参数变化对状态变 量和目标产生的影响，
– 目标对状态的灵敏度,即研究状态变量的变化对目标值 产生的影响，
• 状态与目标对参数的灵敏度
吸附与解吸
• 吸附：水中溶解的污染物或胶状物,当与悬浮于
水中的泥沙等固相物质接触时,将被吸附在泥沙 表面,并在适宜的条件下随泥沙一起沉入水底,使 水的污染物浓度降低,起到净化作用;
• 解吸：被吸附的污染物质当水体条件 流速、浓
度、PH 改变时,又溶于水中的过程，
• 吸附-解吸作用总的趋势：水体污染浓度减少
Ix 1 E m C x, Iy 1 E m C y, Iz1 E m C z
– 式中: I 分别表示 x ,y ,z方向上的污染物扩散通量； Em 为分子扩散系数m2/s,C是时均浓度，
紊动扩散作用输移
– 湍流扩散：湍流流场中质点的瞬时值相对 于平均值的随机脉动导致的分散现象，
水环境模拟涉及主要问题
❖ 水流运动 ❖ 污染物在水中的迁移转化 ❖ 水体的耗氧和复氧过程 ❖ 河流水质模型 ❖ 湖泊与水库水质模型 ❖ 面源污染分析 ❖ 水污染控制系统规划
河流水质数学模型讲课文档

河流水质数学模型讲课文档

1925年，Street-Phelps提出BOD-DO偶合模型以后，水质模型的研究在很长一段 时间里进展缓慢。到了20世纪60年代，由于环境污染的加剧，水质问题引起人们的关 注，水质模型的研究也获得了快速发展。20世纪60~80年代是水质模型的快速发展时期。
(1)托马斯模型
在S-P模型的基础上，引进沉淀作用对BOD去除的影响：
u为河水流速(m/s)。
第十一页，共45页。
2.1稳态解
稳态是指均匀河段定常排污条件，即过水断面、流速、流量等都
不随时间变化，
此时(1)式变化为
C 0 t
d2C u
dx2
ks
dc dx
K1 ks
C0
通过解析得稳态解为
当x≥0时， 当x＜0时，
CC0e2x,2
u 2ks
(1)
CC0e1x,1
u 2ks
第十六页，共45页。
河段划分 河段划分的主要原则就是保持所分割的河段中水
质参数不变。河段的划分是通过在适当的位置设置 计算断面实现的。断面设置的方法是：
①在河流断面形状变化处，例如由宽变窄处或由窄变宽处，由深 变浅处或由浅变深处，这些河段的变化会引起流速及水质参数 的变化；
②支流或污水汇入处，由于流量的输入会导致流速的变化，也会 导致污染物浓度的变化；
第二十三页，共45页。
2.4 QUAL-Ⅱ河流水质综合模型
由于污染物在水中的迁移转化是一种物理的、化学的和生物 学的极其复杂的综合过程，因此要全面描述水体的水质就必须 研究水生生态系统和水质组分之间的联系，就需要对多组合的 综合体系建立水质模型。20世纪70年代，美国建立了不少综 合水质模型。其中最早的两个模型是QUAL-Ⅰ和QUAL-Ⅱ。
河网水流模拟计算数学模型探讨

河网水流模拟计算数学模型探讨


,
下同 $
*$)/0)!)/$)/& =1)=& !)=& "2) 3)$)45)!)/6)$)=& =5)!)=& "#)
!? " !; "
方程组中表示时段末 -=& 时刻的上脚标省略 # 方程组 !? "*!;" 中的系数为 %
1)7
!.) !8 !& &)9&,(
)9"#$
:)7!.);</=)!!)/!)=& "* > !.) !!! ( !& >$> !.) ?) ! *($@)9"#$ = AB !.) ( $ !& ( C ) D !.) 6)7 9$$@)9"#$ $ !& -
２００５年第 ３ 期! 第 ２３ 卷 ２４８ 期 "
东北水利水电
=
算断面的两倍对于大型河网求解几乎是不可能的 # 分级解法 又分为二 级解法 $ 三 级 解 法 $ 四 级 解 法 以 及汊点分组解法 # 三级解法先通过对二级解法的基 本未知量进 一步 消 元 得 到 以 节 点 水 位 为 未 知 量 的 与节点数同阶线性方程组 % 这样使系数矩阵大大降 阶从而为求解提供可能 % 而后将得到的节点水位再 回带到分支 单一 河 道 的 方 程 组 中 进 一 步 得 到 每 个 断面的水力要素 # 三级解法因其抓住河网中节点水 位这个关键的要素使得该方法得到了广泛的采用 # 而对于三级 解法 降 阶 后 的 线 性 方 程 组 由 于 以 往 受 到计算机硬件的制约 % 必须充分考虑内存和 !"# 的承受能力 % 因此产生了 最 优 编 码 解 法 $ 矩 阵 标 识 法等减少零元素变量参与求解的方法 % 这些方法的 确在当时的系统环境下使求解成为可能 % 但是它们 的缺陷也逐渐凸现 # 文献 指出最优编码解法堰流
课件-(7水环境数学模型及预测)

课件-(7水环境数学模型及预测)


人类活动的热排放
主要为火力发电厂、冶炼厂等冷却水的排放，可按随水 流迁移的热交换公式进行计算
6
5.1.2水体与大气的热交换
A R E C
辐射热通量
R I RI G RG S I G S
I为入射的太阳短波辐射通量；RI为被水面反射的太阳辐 射通量；G为入射的大气长波辐射通量；RG为G被水面反 射的大气辐射通量；S为水面发出的长波辐射热通量，单 位均为J/(m2.h)
12
5.1.3河流水温模型
程序步骤如下：
（1）计算上断面的初始水温。进入上断面的热量有干流 来水和支流来水带来的热量及排污热量，与水流充分混 合后，得到从上断面流入本河段的起始水温T0
W q T0 TI Tx TI QC p Q
热污染源引起 的水温变化 支流引起的水 温变化
9
5.1.3河流水温模型
类似于一维水质基本方程，可以写出河流 纵向一维水温迁移转化基本方程：
T T 2T u E 2 ST t x x
E为热量在水中的扩散、离散系数；ST为微元河段关于水 温的源漏项。一般河流中的扩离散作用远小于移流作用， 可忽略不计，则上式可简化为
T T u ST t x
20
5.2.2 QUAL - Ⅱ河流水质综合模型
各水质变量之间的相互关系
1-大气复氧作用；2-河底生物的耗氧；3-碳化合物BOD耗氧；4-光合 作用产氧；5-氨氮氧化耗氧；6-亚硝酸盐氮氧化耗氧；7-碳化合物 BOD的沉淀；8-浮游植物对硝酸盐氮的吸收；9-浮游植物对磷酸盐磷 的吸收；10-浮游植物代谢产生磷酸盐磷；11-浮游植物的死亡和沉淀； 12-浮游植物代谢产生氨氮；13-底泥释放氨氮；14-氨氮转化为亚硝 21 酸盐氮；15-亚硝酸盐转化为硝酸盐；16-底泥释放磷